(57)【要約】【課題】良好な画質で画像を形成するとともに、画像の形成に消費されるトナーの量を精度よく算出する。【解決手段】出力される最大階調値が、階調値と画像濃度との関係において階調値の増加に対する画像濃度の増加が飽和し始める飽和開始階調値Ｌmax以下となるように、データ処理により出力画像データのスケーリングを行う。０〜２５５階調の入力画像データから０〜Ｌmax階調の出力画像データを生成するようにデータ処理を行うことにより、入力画像データにより表される階調値と画像濃度との関係、階調値とトナー消費量との関係がいずれも１対１の対応関係となるので、画質とトナー消費量算出精度とを両立させることができる。【選択図】図５
2007114593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内蔵トナーを用いて画像を形成する画像形成装置において、
トナー色に対応する多階調の入力画像データに所定のデータ処理を施して、多階調の出力画像データを生成するデータ処理手段と、
前記出力画像データに対応する画像を形成する像形成手段と、
前記入力画像データに基づいて、画像の形成に消費されるトナーの量を算出するトナー消費量算出手段と
を備え、
前記データ処理手段は、前記入力画像データと前記出力画像データとの間に所定の相関性が成立するように前記データ処理を行い、しかも、予め求められた前記像形成手段における階調値と画像濃度との関係に基づき、階調値の増加に対する画像濃度の増加が飽和し始める飽和開始階調値以下となるように、前記出力画像データの階調値をスケーリングする
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記データ処理手段は、前記入力画像データの階調値に比例した階調値を有する前記出力画像データを生成する請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記トナー消費量算出手段は、前記入力画像データの階調値を積算し、その積算値に基づきトナー消費量を算出する請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記データ処理手段は、前記入力画像データの階調値に対し所定の階調再現特性を有する前記出力画像データを生成する請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記トナー消費量算出手段は、前記入力画像データの階調値を前記階調再現特性に基づいて補正して積算し、その積算値に基づきトナー消費量を算出する請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記像形成手段は、階調値を多段階に変更設定しながら各階調値でパッチ画像を形成し、
前記データ処理手段は、前記パッチ画像の濃度検出結果に基づいて前記飽和開始階調値を定める請求項１ないし５のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記データ処理手段は、階調値の増加に対する前記パッチ画像の濃度の増分が所定の閾値以下となる階調値のうち最小の値を前記飽和開始階調値とする請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項８】
トナー色に対応する多階調の入力画像データにデータ処理を施して、前記入力画像データに対し所定の相関性を有する多階調の出力画像データを生成するデータ処理工程と、
前記出力画像データに対応する画像をトナーを用いて形成する像形成工程と、
前記入力画像データに基づいて、画像の形成に消費されるトナーの量を算出するトナー消費量算出工程と
を備え、
前記データ処理工程では、予め求めた前記像形成工程における階調値と画像濃度との関係に基づき、階調値の増加に対する画像濃度の増加が飽和し始める飽和開始階調値以下となるように、前記出力画像データの階調値をスケーリングする
ことを特徴とする画像形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、トナーを使用して画像を形成する画像形成装置および画像形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トナーを使用して画像を形成する画像形成装置においては、所定の画像品質を得るため、与えられた多階調の画像データにデータ処理を施し、該データ処理後の画像データに基づいて画像を形成するように構成されたものがある。例えば、特許文献１に記載の画像形成装置では、階調値を次第に変化させたパッチ画像の濃度検出結果から装置のガンマ特性を推定し、そのガンマ特性をキャンセルするような特性を画像データに与えることによって、ガンマ特性の変動の影響を受けず良好な画質で画像を形成することができるようにしている。
【０００３】
また、この種の画像形成装置では、装置のトナー残量を把握して消耗品の管理を適切に行うため、画像の形成に消費されるトナーの量を正確に算出することが求められる。このような目的のために、例えば特許文献２に記載の技術では、印刷ドットそれぞれの階調値を積算し、その積算値に基づいてトナー消費量を算出している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−０７７８７３号公報
【特許文献２】特開２００２−１６２８００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
画像データにより表される階調値と実際のトナー消費量とは必ずしも比例するというわけではない。というのは、画像を構成するトナー量と画像濃度との間には非線形の関係があるからである。特に、上記した特許文献１に記載の技術のように、画像品質の向上を目的として画像データ自体に何らかの特性を与えている場合、画像データにより現れる階調値とトナー消費量との間に大きな非線形性が生じることとなり、このことがトナー消費量の算出精度を低下させてしまうという問題があった。
【０００６】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、良好な画質で画像を形成するとともに、画像の形成に消費されるトナーの量を精度よく算出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明者は、画像データとトナー消費量との相関性について種々の実験を行った結果、次のような知見を得た。すなわち、この種の画像形成装置では、画像を構成するトナーの密度（単位面積におけるトナー量）がある程度以上となると、それ以上にトナーの量を増やしても画像の濃度はあまり増加しない。このような状況下では、画像濃度を一定に保ったとしてもその画像を構成するトナーの量が一義的に決まらない場合があり、このことが、画像濃度あるいは画像品質のみに着目して画像データを加工している従来の技術においてトナー消費量の算出精度を低下させる一因となっている。
【０００８】
そこで、この発明にかかる画像形成装置は、内蔵トナーを用いて画像を形成する画像形成装置において、上記目的を達成するため、トナー色に対応する多階調の入力画像データに所定のデータ処理を施して、多階調の出力画像データを生成するデータ処理手段と、前記出力画像データに対応する画像を形成する像形成手段と、前記入力画像データに基づいて、画像の形成に消費されるトナーの量を算出するトナー消費量算出手段とを備え、前記データ処理手段は、前記入力画像データと前記出力画像データとの間に所定の相関性が成立するように前記データ処理を行い、しかも、予め求められた前記像形成手段における階調値と画像濃度との関係に基づき、階調値の増加に対する画像濃度の増加が飽和し始める飽和開始階調値以下となるように、前記出力画像データの階調値をスケーリングすることを特徴としている。
【０００９】
また、この発明にかかる画像形成方法は、上記目的を達成するため、トナー色に対応する多階調の入力画像データにデータ処理を施して、前記入力画像データに対し所定の相関性を有する多階調の出力画像データを生成するデータ処理工程と、前記出力画像データに対応する画像をトナーを用いて形成する像形成工程と、前記入力画像データに基づいて、画像の形成に消費されるトナーの量を算出するトナー消費量算出工程とを備え、前記データ処理工程では、予め求めた前記像形成工程における階調値と画像濃度との関係に基づき、階調値の増加に対する画像濃度の増加が飽和し始める飽和開始階調値以下となるように、前記出力画像データの階調値をスケーリングすることを特徴としている。
【００１０】
このように構成された発明では、階調値に対し画像濃度が飽和しないので、ある画像濃度を実現するための階調値は一義的に決まり、これに伴って、その濃度を実現するために必要なトナーの量も一義的に決まる。そのため、これらの発明によれば、良好な画質で画像を形成することができるとともに、画像データに基づいてトナー消費量を精度よく求めることができる。
【００１１】
例えば、入力画像データの階調値に比例した階調値を有する出力画像データを生成するようなデータ処理を行った場合には、トナー消費量も入力画像データにほぼ比例することとなる。そこで、このような場合には、入力画像データの階調値を積算し、その積算値に基づきトナー消費量を算出することで、トナー消費量を精度よく求めることができる。
【００１２】
また、入力画像データの階調値に対し所定の階調再現特性を有する出力画像データを生成するようなデータ処理を行った場合には、トナー消費量も、入力画像データに対し同様の特性を持って変化する。そこで、このような場合には、入力画像データの階調値を階調再現特性に基づいて補正して積算し、その積算値に基づきトナー消費量を算出することができる。
【００１３】
ここで、上記した飽和開始階調値は、例えば、階調値を多段階に変更設定しながら各階調値でパッチ画像を形成し、該パッチ画像の濃度検出結果に基づいて定めることができる。より具体的には、例えば階調値の増加に対するパッチ画像の濃度検出結果の増分が所定の閾値以下となる階調値のうち最小の値を飽和開始階調値とすることができる。このように、実際に形成した画像の濃度検出結果に基づいて飽和開始階調値を定めることにより、装置の特性ばらつきやその経時変化を受けることなく画像を形成し、またトナー消費量を算出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１はこの発明にかかる画像形成装置の一実施形態を示す図である。また、図２は図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。この装置１は、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナー（現像剤）を重ね合わせてフルカラー画像を形成したり、ブラック（Ｋ）のトナーのみを用いてモノクロ画像を形成する画像形成装置である。この画像形成装置１では、ホストコンピュータなどの外部装置から画像信号がメインコントローラ１１に与えられると、このメインコントローラ１１からの指令に応じてエンジンコントローラ１０がエンジン部ＥＧ各部を制御して所定の画像形成動作を実行し、シートＳに画像信号に対応する画像を形成する。
【００１５】
このエンジン部ＥＧでは、感光体２２が図１の矢印方向Ｄ1に回転自在に設けられている。また、この感光体２２の周りにその回転方向Ｄ1に沿って、帯電ユニット２３、ロータリー現像ユニット４およびクリーニング部２５がそれぞれ配置されている。帯電ユニット２３は所定の帯電バイアスを印加されており、感光体２２の外周面を所定の表面電位に均一に帯電させる。クリーニング部２５は一次転写後に感光体２２の表面に残留付着したトナーを除去し、内部に設けられた廃トナータンクに回収する。これらの感光体２２、帯電ユニット２３およびクリーニング部２５は一体的に感光体カートリッジ２を構成しており、この感光体カートリッジ２は一体として装置１本体に対し着脱自在となっている。
【００１６】
そして、この帯電ユニット２３によって帯電された感光体２２の外周面に向けて露光ユニット６から光ビームＬが照射される。この露光ユニット６は、外部装置から与えられた画像信号に応じて光ビームＬを感光体２２上に露光して画像信号に対応する静電潜像を形成する。
【００１７】
こうして形成された静電潜像は現像ユニット４によってトナー現像される。すなわち、この実施形態では、現像ユニット４は、図１紙面に直交する回転軸中心に回転自在に設けられた支持フレーム４０、支持フレーム４０に対して着脱自在のカートリッジとして構成されてそれぞれの色のトナーを内蔵するイエロー用の現像器４Ｙ、シアン用の現像器４Ｃ、マゼンタ用の現像器４Ｍ、およびブラック用の現像器４Ｋを備えている。この現像ユニット４は、エンジンコントローラ１０により制御されている。そして、このエンジンコントローラ１０からの制御指令に基づいて、現像ユニット４が回転駆動されるとともにこれらの現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋが選択的に感光体２２と所定のギャップを隔てて対向する所定の現像位置に位置決めされると、当該現像器に設けられて選択された色の帯電トナーを担持するとともに所定の現像バイアスを印加された金属製の現像ローラ４４から感光体２２の表面にトナーを付与する。これによって、感光体２２上の静電潜像が選択トナー色で顕像化される。
【００１８】
各現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋには、当該現像器に関する情報を記憶するための不揮発性メモリ９１〜９４がそれぞれ設けられている。そして、各現像器に設けられたコネクタ４９Ｙ、４９Ｃ、４９Ｍ、４９Ｋのうち必要に応じて選択された１つと、本体側に設けられたコネクタ１０９とが互いに接続され、エンジンコントローラ１０のＣＰＵ１０１とメモリ９１〜９４との間で通信が行われる。こうすることで、各現像器に関する情報がＣＰＵ１０１に伝達されるとともに、各メモリ９１〜９４内の情報が更新記憶される。なお、ＣＰＵ１０１と各メモリ９１〜９４との間の通信は、上記のようにコネクタによる機械的接触によって行うものに限定されず、例えば無線通信などの非接触通信手段によってもよい。
【００１９】
上記のようにして現像ユニット４で現像されたトナー像は、一次転写領域ＴＲ1で転写ユニット７の中間転写ベルト７１上に一次転写される。転写ユニット７は、複数のローラ７２〜７５に掛け渡された中間転写ベルト７１と、ローラ７３を回転駆動することで中間転写ベルト７１を所定の回転方向Ｄ2に回転させる駆動部（図示省略）とを備えている。そして、カラー画像をシートＳに転写する場合には、感光体２２上に形成される各色のトナー像を中間転写ベルト７１上に重ね合わせてカラー画像を形成するとともに、カセット８から１枚ずつ取り出され搬送経路Ｆに沿って二次転写領域ＴＲ2まで搬送されてくるシートＳ上にカラー画像を二次転写する。
【００２０】
このとき、中間転写ベルト７１上の画像をシートＳ上の所定位置に正しく転写するため、二次転写領域ＴＲ2にシートＳを送り込むタイミングが管理されている。具体的には、搬送経路Ｆ上において二次転写領域ＴＲ2の手前側にゲートローラ８１が設けられており、中間転写ベルト７１の周回移動のタイミングに合わせてゲートローラ８１が回転することにより、シートＳが所定のタイミングで二次転写領域ＴＲ2に送り込まれる。
【００２１】
また、こうしてカラー画像が形成されたシートＳは定着ユニット９、排出前ローラ８２および排出ローラ８３を経由して装置本体の上面部に設けられた排出トレイ部８９に搬送される。また、シートＳの両面に画像を形成する場合には、上記のようにして片面に画像を形成されたシートＳの後端部が排出前ローラ８２後方の反転位置ＰＲまで搬送されてきた時点で排出ローラ８３の回転方向を反転し、これによりシートＳは反転搬送経路ＦＲに沿って矢印Ｄ3方向に搬送される。そして、ゲートローラ８１の手前で再び搬送経路Ｆに乗せられるが、このとき、二次転写領域ＴＲ2において中間転写ベルト７１と当接し画像を転写されるシートＳの面は、先に画像が転写された面とは反対の面である。このようにして、シートＳの両面に画像を形成することができる。
【００２２】
また、ローラ７５の近傍には、濃度センサ６０およびクリーナ７６が設けられている。濃度センサ６０は、必要に応じ、中間転写ベルト７１上に形成されるトナー像を構成するトナー量を光学的に検出する。すなわち、濃度センサ６０は、トナー像に向けて光を照射するとともに該トナー像からの反射光を受光し、その反射光量に応じた信号を出力する。クリーナ７６は、中間転写ベルト７１に対し離当接自在に構成され、必要に応じて中間転写ベルト７１に当接することで、該ベルト７１上の残留トナーを掻き落とす。
【００２３】
また、この装置１では、図２に示すように、メインコントローラ１１のＣＰＵ１１１により制御される表示部１２を備えている。この表示部１２は、例えば液晶ディスプレイにより構成され、ＣＰＵ１１１からの制御指令に応じて、ユーザへの操作案内や画像形成動作の進行状況、さらに装置の異常発生やいずれかのユニットの交換時期などを知らせるための所定のメッセージを表示する。
【００２４】
なお、図２において、符号１１３はホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース１１２を介して与えられた画像を記憶するためにメインコントローラ１１に設けられた画像メモリである。また、符号１０６はＣＰＵ１０１が実行する演算プログラムやエンジン部ＥＧを制御するための制御データなどを記憶するためのＲＯＭ、また符号１０７はＣＰＵ１０１における演算結果やその他のデータを一時的に記憶するＲＡＭである。
【００２５】
さらに、符号２００は画像の形成に消費されるトナーの量を算出するために設けられたトナーカウンタである。トナーカウンタ２００の構成およびその動作については後に詳述する。
【００２６】
図３はこの装置における信号処理ブロックを示す図である。この画像形成装置では、ホストコンピュータ１００などの外部装置から画像信号が入力されると、メインコントローラ１１がその画像信号に対し所定の信号処理を施す。メインコントローラ１１は、色変換部１１４、階調補正部１１５、ハーフトーニング部１１６、パルス変調部１１７、階調補正テーブル１１８および補正テーブル演算部１１９などの機能ブロックを備えている。
【００２７】
また、エンジンコントローラ１０は、図２に示すＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０６、ＲＡＭ１０７以外に、露光ユニット６に設けられたレーザ光源を駆動するためのレーザドライバ１２１と、濃度センサ６０の検出結果に基づきエンジン部ＥＧのガンマ特性を示す階調特性を検出する階調特性検出部１２３を備えている。
【００２８】
なお、メインコントローラ１１およびエンジンコントローラ１０においては、これらの各機能ブロックはハードウェアにより構成されてもよく、またＣＰＵ１１１、１０１により実行されるソフトウェアによって実現されてもよい。
【００２９】
ホストコンピュータ１００から画像信号が与えられたメインコントローラ１１では、色変換部１１４がその画像信号に対応する画像内の各画素のＲＧＢ成分の階調レベルを示したＲＧＢ階調データを、対応するＣＭＹＫ成分の階調レベルを示したＣＭＹＫ階調データへ変換する。この色変換部１１４では、入力ＲＧＢ階調データは例えば１画素１色成分当たり８ビット（つまり２５６階調を表す）であり、出力ＣＭＹＫ階調データも同様に１画素１色成分当たり８ビット（つまり２５６階調を表す）である。色変換部１１４から出力されるＣＭＹＫ階調データは階調補正部１１５に入力される。
【００３０】
この階調補正部１１５は、色変換部１１４から入力された各画素のＣＭＹＫ階調データに対し階調補正を行う。すなわち、階調補正部１１５は、不揮発性メモリに予め登録されている階調補正テーブル１１８を参照し、その階調補正テーブル１１８にしたがい、色変換部１１４からの各画素の入力ＣＭＹＫ階調データを、補正された階調レベルを示す補正ＣＭＹＫ階調データに変換する。この階調補正の目的は、上記のように構成されたエンジン部ＥＧのガンマ特性変化を補償して、この画像形成装置の全体的ガンマ特性を常に理想的なものに維持することにある。
【００３１】
こうして補正された補正ＣＭＹＫ階調データは、ハーフトーニング部１１６に入力される。このハーフトーニング部１１６は誤差拡散法、ディザ法、スクリーン法などのハーフトーニング処理を行い、１画素１色当たり８ビットのハーフトーンＣＭＹＫ階調データをパルス変調部１１７に入力する。ハーフトーニング処理の内容は、形成すべき画像の種類により異なる。すなわち、その画像がモノクロ画像かカラー画像か、あるいは線画像かグラフィック画像かなどの判定基準に基づき、その画像に最適な処理内容が選択され実行される。
【００３２】
このパルス変調部１１７に入力されたハーフトーニング後のＣＭＹＫ階調データは、各画素に付着させるべきＣＭＹＫ各色の印刷ドットのサイズおよびその配列を示す多値信号であり、かかるデータを受け取ったパルス変調部１１７は、そのハーフトーンＣＭＹＫ階調データを用いて、エンジン部ＥＧのＣＭＹＫ各色画像の露光レーザパルスをパルス幅変調するためのビデオ信号を作成し、図示を省略するビデオインターフェースを介してエンジンコントローラ１０に出力する。そして、このビデオ信号を受けたレーザドライバ１２１が露光ユニット６の半導体レーザをＯＮ／ＯＦＦ制御して各色成分の静電潜像を感光体２２上に形成する。このようにして画像信号に対応した画像形成を行う。
【００３３】
また、この種の画像形成装置では、装置のガンマ特性が装置個体ごとに、また同一の装置においてもその使用状況によって変化する。そこで、このようなガンマ特性のばらつきが画像品質に及ぼす影響を除くため、所定のタイミングで、前記した階調補正テーブル１１８の内容を画像濃度の実測結果に基づいて更新する階調制御処理を実行する。
【００３４】
この階調制御処理では、各トナー色毎に、ガンマ特性を測定するために予め用意された階調補正用の階調パッチ画像がエンジン部ＥＧによって中間転写ベルト７１上に形成され、各階調パッチ画像の画像濃度を濃度センサ６０が読み取り、その濃度センサ６０からの信号に基づき階調特性検出部１２３が各階調パッチ画像の階調レベルと、検出した画像濃度とを対応させた階調特性（エンジン部ＥＧのガンマ特性）を作成し、メインコントローラ１１の補正テーブル演算部１１９に出力する。そして、補正テーブル演算部１１９が、階調特性検出部１２３から与えられた階調特性に基づき、実測されたエンジン部ＥＧの階調特性を補償して理想的な階調特性を得るための階調補正テーブルデータを計算し、階調補正テーブル１１８の内容をその計算結果に更新する。こうして階調補正テーブル１１８を変更設定する。こうすることで、この画像形成装置では、装置のガンマ特性のばらつきや経時変化によらず、安定した品質で画像を形成することができる。
【００３５】
この画像形成装置における濃度制御技術について、より具体的に説明する。この装置では、例えば装置の電源が投入された直後やスリープ復帰時など適当なタイミングで、以下に説明する濃度制御処理を行うことにより、画像品質を安定に維持している。濃度制御処理においては、パッチ画像の濃度検出結果に基づいてエンジン部ＥＧの動作条件を最適化し、最適動作条件下で上記した階調制御処理を行う。
【００３６】
図４はこの画像形成装置における濃度制御処理を示すフローチャートである。この処理では、まずエンジン部ＥＧの動作条件を最適化する。すなわち、現像ローラ４４に与える現像バイアスを多段階に変更設定しながら、各バイアス値でパッチ画像としてのベタ画像を中間転写ベルト７１上に形成し、その濃度検出結果に基づいてベタ画像濃度が所定の高濃度側目標濃度となる現像バイアスの最適値を算出する（ステップＳ１０１）。続いて、こうして求めた最適現像バイアス下で、露光ユニット６からの露光パワーを多段階に変更設定しながら、各露光パワーでパッチ画像として例えば１オン１０オフのライン画像を形成し、その濃度検出結果に基づいてライン画像濃度が所定の低濃度側目標濃度となる露光パワーの最適値を算出する（ステップＳ１０２）。
【００３７】
なお、このようにして行うエンジン部ＥＧの動作条件の最適化処理としては、公知の技術、例えば、特開２００３−２１５８６２号公報に記載された技術を適用することができるので、ここでは詳しい説明を省略する。
【００３８】
続いて、上記のようにして最適化された動作条件下で、階調制御処理（ステップＳ１０３ないしＳ１０８）を実行するが、ここでは、本実施形態における階調制御処理の原理についてまず説明する。
【００３９】
図５はこの実施形態における階調制御処理の原理を説明するための図である。この種の画像形成装置においては、記録媒体であるシートＳ上に付着して画像を構成するトナーの量を増やしていくと画像濃度は概ねこれに比例して増加するが、トナー付着量がある程度より大きくなると画像濃度の上昇は鈍り、最終的には飽和してほとんど変化しなくなる。これは、シートＳの表面がトナーに覆われてしまうとその部分の画像濃度はほぼトナーの色合いとなり、それ以上にトナーの量を増やしても画像濃度は高くならないからである。以下では、トナー付着量と画像濃度との間の特性（図５）において、画像濃度がトナー付着量にほぼ比例する領域を「比例領域」、画像濃度があまり変化しない領域を「飽和領域」と称することとする。
【００４０】
ステップＳ１０１において、ベタパッチ画像（階調値２５５に相当する）の目標濃度が図５に示す値Ｄmaxに設定されていたとする。これは、トナー付着量が若干変動してもベタ画像濃度の変動を少なく抑えることができるという点で妥当な設定である。このような設定で最適化された動作条件の下で種々の階調値を有する画像を形成すると、ある階調値Ｌmax（以下、「飽和開始階調値」と称する）以下の階調値を有する画像においては階調値と画像濃度とがほぼ比例する。しかしながら、飽和開始階調値Ｌmax以上の階調値を有する画像においては画像濃度の変化が極端に小さくなってしまうため、トナー付着量と画像濃度との間の１対１の対応関係が崩れてしまう。このことは、同じ画像濃度の２つの画像の間でトナー付着量が必ずしも一致しなくなることを示しており、トナー消費量の算出誤差を増大させる原因となっている。
【００４１】
そこで、この実施形態の階調制御処理では、与えられた画像信号により指定される階調値（入力階調値）の変化幅（０〜２５５）が、トナー付着量と画像濃度とが１対１に対応する変化幅（０〜Ｌmax）に置き換えられて出力されるように、階調補正テーブル１１８を設定する。つまり、この実施形態では、色変換部１１４から出力された画像データは０ないし２５５の階調値で表されているが、階調補正部１１５から出力される画像データは０ないしＬmaxの階調値で表される。すなわち、階調補正部１１５においては、出力される画像データの階調値が飽和開始階調値Ｌmax以下となるように、スケーリングが行われる。
【００４２】
こうすることにより、入力される画像データの階調値と画像濃度との関係を１対１に維持して良好な階調再現性で画像を形成することができるのに加えて、階調値とトナー付着量との間にも１対１の関係が成立するため、トナー消費量の算出精度を向上させることが可能となる。このように、この実施形態の階調制御処理を行うことにより、画像品質とトナー消費量の算出精度とを両立させながら画像を形成することができる。
【００４３】
階調制御処理の具体的な処理内容について、再び図４を参照しながら説明する。まず、中間転写ベルト７１上に、以下に説明する画像パターンを有する階調パッチ画像を形成する（ステップＳ１０３）。
【００４４】
図６は階調パッチ画像を示す図である。中間転写ベルト７１上に形成される階調パッチ画像Ｉgpは、中間転写ベルト７１の移動方向Ｄ2に沿って延びる帯状の画像であり、その先端部は最大階調値（２５５）を有するとともに、後端部にかけて次第に階調値が減少してゆくグラデーションを有する。なお、階調パッチ画像の画像パターンは図６に示すものに限定されるものではなく、例えば階調値が階段状に変化するように構成されてもよい。また、互いに異なる階調値を有する画像片が離散的に形成されてなる階調パッチ画像を形成するようにしてもよい。
【００４５】
図４に戻って階調制御処理の説明を続ける。こうして形成した階調パッチ画像Ｉgpの画像濃度を、種々に検出位置を変えながら濃度センサ６０により検出する（ステップＳ１０４）。具体的には、中間転写ベルト７１を周回移動させながら、濃度センサ６０からの出力をサンプリングし、各位置におけるセンサ出力と、当該位置におけるパッチ画像の階調値とを対応付けて記憶しておく。
【００４６】
続いて、図５に示す比例領域と飽和領域との境界に相当する飽和開始階調値Ｌmaxを求める。ここでは、次に説明する原理に基づき、先に求めた階調パッチ画像Ｉgpの濃度検出結果から階調値に対する画像濃度の変化率を算出し（ステップＳ１０５）、濃度変化率が予め定めた所定の閾値Δthとなるときの階調値を飽和開始階調値Ｌmaxとする（ステップＳ１０６）。
【００４７】
図７は飽和開始階調値の求め方を説明するための図である。階調パッチ画像Ｉgpの濃度検出結果を階調値に対してプロットすると、図７下部のグラフの破線で示すように、低階調値域では階調値の増加に伴ってパッチ画像濃度が増加するが、高階調値域で次第に傾きが低下して最終的にはほぼ平坦となる。このときの濃度変化率を階調値に対してプロットすると、図７下部のグラフの実線で示すように、低階調値域ではほぼ平坦であるが、高階調値域では画像濃度上昇の鈍化に対応して濃度変化率が急激に低下する。
【００４８】
このように濃度変化率が急激に低下する階調値が、図５において比例領域から飽和領域へ移行する飽和開始階調値Ｌmaxに相当する。そこで、階調値に対する濃度変化率が平端部の値よりも小さい閾値Δthを予め定めておき、濃度変化率がこの閾値Δthまで低下したときの階調値を、飽和開始階調値Ｌmaxとすればよい。
【００４９】
図４に戻って階調制御処理の説明を続ける。こうして飽和開始階調値Ｌmaxが求まれば、スケーリングにより出力階調値の最大値が飽和開始階調値Ｌmaxとなるように、入力階調値に対する出力階調値の特性（出力階調特性）を決定し（ステップＳ１０７）、その結果により階調補正テーブル１１８の内容を更新して階調補正処理を終了する（ステップＳ１０８）。
【００５０】
図８は出力階調特性の例を示す図である。エンジン部ＥＧのガンマ特性がほぼ直線的とみなせる状態であれば、図７下部のグラフの破線で示すように、低階調値域における濃度検出結果もほぼ直線となり、このような場合には、図８のカーブ（ａ）に示すように、階調補正部１１５の出力階調値は入力階調値（０〜２５５）を飽和開始階調値Ｌmaxで正規化したような特性を有することとなる。一方、エンジン部ＥＧのガンマ特性がうねっていれば、図７における階調値と濃度検出結果との関係にもうねりが現れる。そのため、階調補正部１１５からの出力は、このうねりをキャンセルするような特性、例えば図８のカーブ（ｂ）に示すような特性となる。
【００５１】
この結果、色変換部１１４から出力された画像データは、階調補正部１１５により処理されることにより、最大値が飽和開始階調値Ｌmaxに規制されるとともに、エンジン部ＥＧのガンマ特性を打ち消すような特性を与えられてハーフトーニング部１１６に入力される。これにより、この実施形態では、エンジン部ＥＧのガンマ特性に影響されることなく良好な画質で画像を形成することができる。また、色変換後の画像データとトナー付着量との間に１対１の関係が維持されるので、次に説明するトナーカウンタ２００を使用することによって、トナー消費量を精度よく求めることができる。
【００５２】
図９はこの実施形態におけるトナーカウンタの構成を示す図である。このトナーカウンタ２００は、メインコントローラ１１の色変換部１１４において各トナー色に対応して色変換された画像データを入力されており、この画像データに基づいてトナー消費量を算出する。より詳しくは、画像データは補正用テーブル２０１を伴ったデータ補正部２０２を介してアキュムレータ２０３に入力されている。アキュムレータ２０３は、データ補正部２０２から出力されるデータの階調値を積算し、画像１ページ分についての積算値を出力する。つまり、アキュムレータ２０３には、１ページの画像を構成する各印刷ドットの階調値が補正された上で積算カウントされている。
【００５３】
補正用テーブル２０１およびデータ補正部２０２は、ハーフトーニング部１１６において適用される処理スクリーンの違いによるトナー消費量の違いを考慮して設けられたものである。
【００５４】
図１０はスクリーンの種類による階調再現特性の違いを示す図である。ハーフトーニング部１１６では、階調補正部１１５から出力された画像データに対しスクリーン処理を行うが、その場合に適用されるスクリーンの種類は画像の内容により異なる。すなわち、形成すべき画像が写真やイラストなどである場合には、中間調の再現性が重要であるので、図１０のカーブ（ａ）に示すように、入力階調値と出力階調値との関係がほぼ線形となるようなスクリーン（階調優先スクリーン）がハーフトーニング部１１６において適用される。この場合には、トナー消費量は入力階調値に概ね比例することとなる。
【００５５】
一方、テキストや図表からなる画像の場合には、図１０のカーブ（ｂ）に示すように、解像度を優先してより画像コントラストを強調したスクリーン（解像度優先スクリーン）が適用される。この結果、図１０のカーブ（ｂ）に示す解像度優先のスクリーンが適用された場合、高階調値域でのトナー消費量が多めになる傾向を示す。なお、図１０において、「１００％階調値」は、２５６段階の最大値２５５ではなく、階調補正部１１５において規制された最大値Ｌmaxを意味している。
【００５６】
このように、適用されるスクリーンの種類によりトナー消費の傾向が若干異なる。そこで、この実施形態では、スクリーンごとのトナー消費の傾向、すなわち図１０に示す特性曲線をテーブル化して補正用テーブル２０２に保存しておき、適用されるスクリーンの種類に応じて画像データを補正しながら積算するようにしている。すなわち、色変換部１１４からデータ補正部２０２に入力された画像データは、スクリーンの種類に応じて選択された補正用テーブル２０１を参照して補正され、該補正後のデータが示す階調値がアキュムレータ２０３により積算される。こうすることにより、スクリーンの違いによるトナー消費量の違いにも対応して、トナー消費量をより精度よく求めることができる。なお、図１０のカーブ（ａ）に示すように直線的な階調再現特性を持つスクリーンを使用する場合には、トナー消費量算出にあたって特に画像データを補正しなくてもよいことは当然である。
【００５７】
画像１ページ分についてアキュムレータ２０３に積算された積算値に対しては、１階調値あたりのトナー付着率に相当する所定の係数Ｋ0が乗じられる。その結果は、画像１ページ分のトナー消費量に対応する値となる。この値に、所定のオフセット値Ｃoffを加算する。
【００５８】
このオフセット値Ｃoffとは、与えられた画像データに対応した画像形成に寄与しない形で消費されたトナー量に相当する値である。このようなトナーとしては、現像ローラ４４から離脱し、感光体２２に付着してカブリを生じさせたり装置内部に飛散するトナーや、装置の性能維持のための制御動作において装置内部で消費されるトナーなどがある。この実施形態における各種のパッチ画像の形成に消費されるトナーもこれに含まれる。このようにして消費されるトナーの量は装置の稼働時間や画像形成枚数、装置の動作条件などと相関があるので、エンジンコントローラ１０により管理されているこれらの情報に基づいて、当該期間におけるトナー消費量を推定しオフセット値Ｃoffとし、画像データに対応するトナー消費量にこのオフセット値を加算した合計を装置全体としてのトナー消費量とする。
【００５９】
こうして求められたトナー消費量については、エンジンコントローラ１０に設けられたＣＰＵ１０１が管理しており、必要に応じて、ＲＡＭ１０７あるいは各現像器４Ｙ等のメモリ９１等に記憶させる。また、求められたトナー消費量の値から各現像器のトナー残量を推定することが可能であり、現像器内のトナー残量が所定値以下まで減少したと判断されるときには表示部１２に現像器の交換を促すメッセージを表示させるなど、装置の消耗品管理に役立てることができる。
【００６０】
以上のように、この実施形態では、色変換後の画像データに対し、階調パッチ画像Ｉgpの濃度検出結果から求めた階調値と画像濃度との関係に基づくデータ処理を行い、該データ処理後の画像データに対応する画像を形成する。このデータ処理は、階調値に対する画像濃度の増加が飽和し始める飽和開始階調値Ｌmax以下となるように、出力階調値をスケーリングするものである。さらに、エンジン部ＥＧのガンマ特性を補償する特性および任意の階調再現特性を付与するデータ処理が加えられる。そのため、この実施形態では、優れた階調再現性を有する画質の良好な画像を形成することができる。また、適宜のタイミングで濃度制御処理を行うので、画質の良好な画像を安定して形成することが可能である。
【００６１】
また、色変換後の画像データとトナー付着量との間に１対１の関係が維持されているので、その関係に基づきトナー消費量を精度よく求めることができる。このように、この実施形態によれば、良好な画像品質を得ることと、トナー消費量を精度よく求めることとを両立させることができる。また、同じ画像濃度で画像を形成しているのに、装置の状況によって、あるいは２台の装置の間で、見かけ上および実際のトナーの減り方が大きく異なるという問題を解消することができる。
【００６２】
以上説明したように、この実施形態においては、エンジン部ＥＧが本発明の「像形成手段」として機能している。また、メインコントローラ１１の各機能ブロックのうち階調補正部１１５およびハーフトーニング部１１６が一体として本発明の「データ処理手段」として機能している。また、この実施形態では、トナーカウンタ２００が本発明の「トナー消費量算出手段」として機能している。また、この実施形態では、色変換部１１４から出力される画像データが本発明の「入力画像データ」に相当する一方、ハーフトーニング部１１６から出力されるデータ処理後の画像データが本発明の「出力画像データ」に相当している。
【００６３】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、独立した機能ブロックを組み合わせてメインコントローラ１１を構成しているが、特に各機能ブロックをソフトウェアにより実現している場合など、階調補正処理およびハーフトーニング処理などのデータ処理が一体的に処理される場合もあり、メインコントローラ１１における各機能ブロックが常に本実施形態のように明確に区別される必要はない。
【００６４】
また、上記実施形態では、ホストコンピュータからＲＧＢ画像データを受信してトナー色（ＣＭＹＫ）に色変換した後の画像データに基づいて画像形成およびトナー消費量の算出を行っているが、例えばモノクロ画像の場合であってブラック色に対応する画像データのみが送信される場合など、もともとトナー色に対応した画像データが送られてくる場合には、当然に色変換を行うことなくそのまま画像形成およびトナー消費量算出に供することができる。
【００６５】
また、上記各実施形態では、画像１ページ単位でトナー消費量を求めているが、これに限定されるものではなく、例えばジョブ単位や、１ページをさらに細かく分割したブロック単位でトナー消費量を求めるようにしてもよい。
【００６６】
さらに、上記実施形態の構成に限定されず、例えばブラック色トナーに対応した現像器のみを備えモノクロ画像を形成する装置や、中間転写ベルト以外の転写媒体（転写ドラム、転写シートなど）を備える装置、さらには複写機、ファクシミリ装置など他の画像形成装置に対しても、本発明を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】この発明にかかる画像形成装置の一実施形態を示す図。
【図２】図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図。
【図３】この装置における信号処理ブロックを示す図。
【図４】この画像形成装置における濃度制御処理を示すフローチャート。
【図５】この実施形態における階調制御処理の原理を説明するための図。
【図６】階調パッチ画像を示す図。
【図７】飽和開始階調値の求め方を説明するための図。
【図８】出力階調特性の例を示す図。
【図９】この実施形態におけるトナーカウンタの構成を示す図。
【図１０】スクリーンの種類による階調再現特性の違いを示す図。
【符号の説明】
【００６８】
１１５…階調補正部（データ処理手段）、  １１６…ハーフトーニング部（データ処理手段）、  ２００…トナーカウンタ（トナー消費量算出手段）、  ＥＧ…エンジン部（像形成手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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